A paleontologia divide-se, conceitualmente, em diversas áreas, como por exemplo a paleobiologia, uma área que estuda os conceitos evolutivos e ecológicos e foca-se menos na identificação de fósseis. É no seio da Paleobiologia que se insere a paleozoologia, o estudo dos fósseis de animais, e a paleobotânica, o estudo dos fósseis de plantas. Basicamente, qualquer disciplina biológica aplicada aos organismos do passado geológico, por via do estudo dos fósseis, constitui uma subdisciplina paleobiológica: paleoecologia (que estuda os ecossistemas do passado), paleobiogeografia, paleoanatomia, paleoneurologia, paleomastozoologia, etc.
Outras disciplinas paleobiológicas transversais, que não estão limitadas a um dado grupo taxonómico, são, por exemplo:
Micropaleontologia — que estuda os fósseis de organismos ou parte deles que necessitam de microscópio para serem visualizados;
Paleoicnologia — que estuda os vestígios fósseis, por exemplo, pegadas;
Tafonomia — que ainda se divide em Bioestrationomia, Diagênese e Tectônica, estuda a integração da informação biológica no registo geológico, ou seja, a formação dos fósseis e das jazidas fossilíferas e do registo paleontológico;
Biocronologia — que estuda o desenvolvimento temporal (a cronologia) dos eventos paleobiológicos, bem como as relações temporais entre entidades paleobiológicas (os organismos do passado) e/ou tafonómicas (os fósseis);
Sistemática — que estuda a classificação de espécies fósseis.
Ainda se faz uma subdivisão da paleobotânica e da micropaleontologia constituindo a paleopalinologia, que se dedica ao estudo de pólen e esporos, importantes para a datação.
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